示波器的使用方法

◆ 本节介绍示波器的使用方法

示波器种类、型号很多，功能也不同。数字路实验中使用较多的是20MHz或者40MHz的双踪示波器。这些示波器用法大同小异。本节不针对某一型号的示波器，只是从概念上介绍示波器在数字路实验中的常用功能。

● 1.1 荧光屏
荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的压和时间之间的关系。水平方向指示时间，垂直方向指示压。水平方向分为10格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。垂直方向标有0％，10％，90％，100％等标志，水平方向标有10％，90％标志，供测直流平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数（V／DIV，TIME／DIV）能得出压值与时间值。

● 1．2 示波管和源系统
1．源（Power）
示波器主源开关。当此开关按下时，源指示灯亮，表示源接通。
2．辉度（Intensity）
旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些，高频信号时大些。
一般不应太亮，以保护荧光屏。
3．聚焦（Focus）
聚焦旋钮调节子束截面大小，将扫描线聚焦成zui清晰状态。
4．标尺亮度（Illuminance）
此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下，照明灯暗一些好。室内光线不足的环境中，可适当调亮照明灯。

● 1．3 垂直偏转因数和水平偏转因数
1．垂直偏转因数选择（VOLTS／DIV）和微调
在单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为cm/V，cm／mV或者DIV／mV，DIV／V，垂直偏转因数的单位是V／cm，mV／cm或者V／DIV，mV／DIV。实际上因习惯用法和测量压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。

踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按1，2，5方式从 5mV／DIV到5V／DIV分为10档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的压值。例如波段开关置于1V／DIV档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号压变化1V。

每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值*。逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不*，这点应引起注意。许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍（偏转因数缩小若干倍）。例如，如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用×5扩展状态时，垂直偏转因数是0．2V／DIV。

在做数字路实验时，在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的压值。

2．时基选择（TIME／DIV）和微调
时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。时基选择也通过一个波段开关实现，按1、2、5方式把时基分为若干档。波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。例如在1μS／DIV档，光点在屏上移动一格代表时间值1μS。

“微调”旋钮用于时基校准和微调。沿顺时针方向旋到底处于校准位置时，屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值*。逆时针旋转旋钮，则对时基微调。旋钮拔出后处于扫描扩展状态。通常为×10扩展，即水平灵敏度扩大10倍，时基缩小到1／10。例如在2μS/DIV档，扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值等于 2μS×（1/10）=0.2μS

TDS实验台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的时钟信号，由石英晶体振荡器和分频器产生，准确度很高，可用来校准示波器的时基。

示波器的标准信号源CAL，专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。例如COS5041型示波器标准信号源提供一个VP-P=2V,f=1kHz的方波信号。

示波器前面板上的位移（Position）旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。旋转水平位移旋钮（标有水平双向箭头）左右移动信号波形，旋转垂直位移旋钮（标有垂直双向箭头）上下移动信号波形。

● 1.4 输入通道和输入耦合选择
1．输入通道选择
输入通道至少有三种选择方式：通道1（CH1）、通道2（CH2）、双通道（DUAL）。选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号。选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号。选择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号。测试信号时，首先要将示波器的地与被测路的地连接在一起。根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上，示波器探头上的地与被测路的地连接在一起，示波器探头接触被测点。示波器探头上有一双位开关。此开关拨到“×1”位置时，被测信号无衰减送到

示波器，从荧光屏上读出的压值是信号的实际压值。此开关拨到“×10"位置时，被测信号衰减为1／10，然后送往示波器，从荧光屏上读出的压值乘以10才是信号的实际压值。

◆ 2．输入耦合方式
输入耦合方式有三种选择：交流（AC）、地（GND）、直流（DC）。当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。直流耦合用于测定信号直流值和观测极低频信号。交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。在数字路实验中，一般选择“直流”方式，以便观测信号的压值。

● 2.5 触发
*节指出，被测信号从Y轴输入后，一部分送到示波管的Y轴偏转板上，驱动光点在荧光屏上按比例沿垂直方向移动；另一部分分流到x轴偏转系统产生触发脉冲，触发扫描发生器，产生重复的锯齿波压加到示波管的X偏转板上，使光点沿水平方向移动，两者合一，光点在荧光屏上描绘出的图形就是被测信号图形。由此可知，正确的触发方式直接影响到示波器的有效操作。为了在荧光屏上得到稳定的、清晰的信号波形，掌握基本的触发功能及其操作方法是十分重要的。

● 1．触发源（Source）选择
要使屏幕上显示稳定的波形，则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号加到触发路。触发源选择确定触发信号由何处供给。通常有三种触发源：内触发（INT）、源触发（LINE）、外触发EXT）。

内触发使用被测信号作为触发信号，是经常使用的一种触发方式。由于触发信号本身是被测信号的一部分，在屏幕上可以显示出非常稳定的波形。双踪示波器中通道1或者通道2都可以选作触发信号。
源触发使用交流源频率信号作为触发信号。这种方法在测量与交流源频率有关的信号时是有效的。特别在测量音频路、闸流管的低平交流噪音时更为有效。

外触发使用外加信号作为触发信号，外加信号从外触发输入端输入。外触发信号与被测信号间应具有周期性的关系。由于被测信号没有用作触发信号，所以何时开始扫描与被测信号无关。

正确选择触发信号对波形显示的稳定、清晰有很大关系。例如在数字路的测量中，对一个简单的周期信号而言，选择内触发可能好一些，而对于一个具有复杂周期的信号，且存在一个与它有周期关系的信号时，选用外触发可能更好。

● 2．触发耦合（Coupling）方式选择
触发信号到触发路的耦合方式有多种，目的是为了触发信号的稳定、可靠。这里介绍常用的几种。
AC耦合又称容耦合。它只允许用触发信号的交流分量触发，触发信号的直流分量被隔断。通常在不考虑DC分量时使用这种耦合方式，以形成稳定触发。但是如果触发信号的频率小于10Hz，会造成触发困难。
直流耦合（DC）不隔断触发信号的直流分量。当触发信号的频率较低或者触发信号的占空比很大时，使用直流耦合较好。

低频抑制（LFR）触发时触发信号经过高通滤波器加到触发路，触发信号的低频成分被抑制；高频抑制（HFR）触发时，触发信号通过低通滤波器加到触发路，触发信号的高频成分被抑制。此外还有用于视的视同步（TV）触发。这些触发耦合方式各有自己的适用范围，需在使用中去体会。

● 3．触发平（Level）和触发极性（Slope）
触发平调节又叫同步调节，它使得扫描与被测信号同步。平调节旋钮调节触发信号的触发平。一旦触发信号超过由旋钮设定的触发平时，扫描即被触发。顺时针旋转旋钮，触发平上升；逆时针旋转旋钮，触发平下降。当平旋钮调到平锁定位置时，触发平自动保持在触发信号的幅度之内，不需要平调节就能产生一个稳定的触发。当信号波形复杂，用平旋钮不能稳定触发时，用释抑（Hold Off）旋钮调节波形的释抑时间（扫描暂停时间），能使扫描与波形稳定同步。

极性开关用来选择触发信号的极性。拨在“+”位置上时，在信号增加的方向上，当触发信号超过触发平时就产生触发。拨在“-”位置上时，在信号减少的方向上，当触发信号超过触发平时就产生触发。触发极性和触发平共同决定触发信号的触发点。

● 2.6 扫描方式（SweepMode）
扫描有自动（Auto）、常态（Norm）和单次（Single）三种扫描方式。
自动：当无触发信号输入，或者触发信号频率低于50Hz时，扫描为自激方式。
常态：当无触发信号输入时，扫描处于准备状态，没有扫描线。触发信号到来后，触发扫描。
单次：单次按钮类似复位开关。单次扫描方式下，按单次按钮时扫描路复位，此时准备好（Ready）灯亮。触发信号到来后产生一次扫描。单次扫描结束后，准备灯灭。单次扫描用于观测非周期信号或者单次瞬变信号，往往需要对波形拍照。

◆ 二、面板介绍
●  1.亮度和聚焦旋钮
亮度调节旋钮用于调节光迹的亮度（有些示波器称为"辉度"），使用时应使亮度适当，若过亮，容易损坏示波管。 聚焦调节旋钮用于调节光迹的聚焦（粗细）程度，使用时以图形清晰为佳。

● 2.信号输入通道
常用示波器多为双踪示波器，有两个输入通道，分别为通道1（CH1）和通道2（CH2），可分别接上示波器探头，再将示波器外壳接地，探针插至待测部位进行测量。

● 3.通道选择键（垂直方式选择）
常用示波器有五个通道选择键：
（1）CH1：通道1单独显示；
（2）CH2：通道2单独显示；
（3）ALT：两通道交替显示；
（4）CHOP：两通道断续显示，用于扫描速度较慢时双踪显示；
（5）ADD：两通道的信号叠加。中以选择通道1或通道2为多。

●  4.垂直灵敏度调节旋钮
调节垂直偏转灵敏度，应根据输入信号的幅度调节旋钮的位置，将该旋钮指示的数值（如0.5V/div，表示垂直方向每格幅度为0.5V）乘以被测信号在屏幕垂直方向所占格数，即得出该被测信号的幅度。

● 5.垂直移动调节旋钮
用于调节被测信号光迹在屏幕垂直方向的位置。

● 6.水平扫描调节旋钮
调节水平速度，应根据输入信号的频率调节旋钮的位置，将该旋钮指示数值（如0.5ms/div，表示水平方向每格时间为0.5ms），乘以被测信号一个周期占有格数，即得出该信号的周期，也可以换算成频率。

● 7.水平位置调节旋钮
用于调节被测信号光迹在屏幕水平方向的位置。

● 8.触发方式选择
示波器通常有四种触发方式：
（1）常态（NORM）：无信号时，屏幕上无显示；有信号时，与平控制配合显示稳定波形；
（2）自动（AUTO）：无信号时，屏幕上显示光迹；有信号时与平控制配合显示稳定的波形；
（3）视场（TV）：用于显示视场信号；
（4）峰值自动（P-P AUTO）：无信号时，屏幕上显示光迹；有信号时，无需调节平即能获得稳定波形显示。该方式只有部分示波器（例如CALTEK卡尔泰克CA8000系列示波器）中采用。

● 9.触发源选择
示波器触发源有内触发源和外触发源两种。如果选择外触发源，那么触发信号应从外触发源输入端输入，中很少采用这种方式。如果选择内触发源，一般选择通道1（CH1）或通道2（CH2），应根据输入信号通道选择，如果输入信号通道选择为通道1，则内触发源也应选择通道1。

◆ 二、测量方法
● 1.幅度和频率的测量方法（以测试示波器的校准信号为例）
（1）将示波器探头插入通道1插孔，并将探头上的衰减置于"1"档；
（2）将通道选择置于CH1，耦合方式置于DC档；
（3）将探头探针插入校准信号源小孔内，此时示波器屏幕出现光迹；
（4）调节垂直旋钮和水平旋钮，使屏幕显示的波形图稳定，并将垂直微调和水平微调置于校准位置；
（5）读出波形图在垂直方向所占格数，乘以垂直衰减旋钮的指示数值，得到校准信号的幅度；
（6）读出波形每个周期在水平方向所占格数，乘以水平扫描旋钮的指示数值，得到校准信号的周期（周期的倒数为频率）；
（7）一般校准信号的频率为1kHz，幅度为0.5V，用以校准示波器内部扫描振荡器频率，如果不正常，应调节示波器（内部）相应位器，直至相符为止。

● 2.示波器应用举例（以测量788手机13MHz时钟脉冲为例）
手机中的13MHz时钟信号正常是开机的必要条件，因此时要经常测量有无13MHz时钟信号。步骤如下：
（1）打开示波器，调节亮度和聚焦旋钮，使屏幕上显示一条亮度适中、聚焦良好的水平亮线；
（2）按上述方法校准好示波器，然后将耦合方式置于AC档；
（3）将示波器探头的接地夹夹在手机路板的接地点，探针插到788手机CPU第脚；

◆ 三、说明和功能
我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的压表。
普通的压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号压的测量读数。而示波器则与共不同。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号压随时间的变化，即波形。
示波器和压表之间的主要区别是：

●  1.压表可以给出祥测信号的数值，这通常是有效值即RMS值。但是压表不能给出有关信号形状的信息。有的压表也能测量信号的峰值压和频率。然而，示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况。

●  2.压表通常只能对一个信号进行测量，而示波器则能同时显示两个或多个信号。
显示系统
示波器的显示器件是阴极射线管，缩写为CRT，见图1。阴极射线管的基础是一个能产生子的系统，称为子枪。子枪向屏幕发射子。子枪发射的子经聚焦形成子束，并打在屏幕中心的一点上。屏幕的内表面涂有荧光物质，这样子束打中的点就发出光来。

子在从子枪到屏幕的途中要经过偏转系统。在偏转系统上施加压就可以使光点在屏幕上移动。偏转系统由水平（X）偏转板和垂直（Y）偏转板组成。这种偏转方式称为静偏转。

在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络，称为标尺。标尺通常在垂直方向有8个，水平方向有10个，每个格为1cm。有的标尺线又进一步分成小格，并且还有标明0％和100％的特别线。这些特别的线和标明10％和90％的标尺配合使用以进行上升时间的测量。我们后面会讨论这个问题。

如上所述，受到子轰击后，CRT上的荧光物质就会发光。当子束移开后，荧光物质在一个短的时间内还会继续发光。这个时间称为余辉时间。余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化。zui常用的荧光物质是P31，其余辉时间小于一毫秒（ms）.而荧光物质P7的余辉时间则较长，约为300ms，这对于观察较慢的信号非常有用。P31材料发射绿光，而P7材料发光的颜色为黄绿色。

将输入信号加到Y轴偏转板上，而示波器自己使子束沿X轴方向扫描。这样就使得光点在屏幕上描绘出输入信号的波形。这样扫出的信号波形称为波形轨迹。

影响屏幕的控制机构有：
●  —辉度
辉度控制用来调切波形显示的亮度。本书中用作示例的示波器所采用的路能够根据不同的扫描速度自动调切辉度。当子束移动得比较快时，荧光物质受到激励的时间就变短，因此必须增加辉度才能看清轨迹。相反，当子束移动缓慢时，屏幕上的光点变得很亮，因此必须减小辉度以免荧光物质被烧坏。从而延长示波管的寿命。

对于屏幕上的文字部分，另有单独的辉度控制机构。

●  —聚焦
聚焦控制机构用来控制屏幕上光点的大小，以便获得清晰的波形轨迹。有些示波器，例如本书用作示例的示波器上，聚集也是由示波器自己进行*控制的，从而能在不同的辉度和不同的扫描下保持清晰的波形轨迹。另外也提供手动调节的聚集控制。

●  —扫描旋转
这个控制机构使X轴扫描线和水平标尺线对齐。由于地球的磁场在各个地方是不同的，这将会影响示波管显示的扫描线。扫迹旋转功能就用来对此进行补偿。扫描旋转功能是预先调好的，通常只需在示波器搬动后再行调节。

●  —标尺照明
标尺亮度可以单独控制。这对于屏幕摄影或在弱光线条件下工作时非常有用。

●  —Z调制
扫描的辉度可以用气的方法通过一个外加的信号来改变。这对于由外部信号来产生水平偏转以及使用X－Y显示方式来寻找频率关系的应用中是十分有用的。

（二）使用前的检查、调整和校准
 
示波器初次使用前或久藏复用时，有必要进行一次能否工作的简单检查和进行扫描路稳定度、垂直放大路直流平衡的调整。示波器在进行压和时间的定量测试时，还必须进行垂直放大路增益和水平扫描速度的校准。示波器能否正常工作的检查方法、垂直放大路增益和水平扫描速度的校准方法，由于各种型号示波器的校准信号的幅度、频率等参数不一样，因而检查、校准方法略有差异。
 
（三）使用步骤
 
用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，在这个基础上示波器可以应用于测量压、时间、频率、相位差和调幅度等参数。下面介绍用示波器观察信号波形的使用步骤。
 
1．选择Y轴耦合方式
 
根据被测信号频率的高低，将Y轴输入耦合方式选择“AC-地-DC”开关置于AC或DC。
 
2．选择Y轴灵敏度
 
根据被测信号的大约峰-峰值（如果采用衰减探头，应除以衰减倍数；在耦合方式取DC档时，还要考虑叠加的直流压值），将Y轴灵敏度选择V/div开关（或Y轴衰减开关）置于适当档级。实际使用中如不需读测压值，则可适当调节Y轴灵敏度微调（或Y轴增益）旋钮，使屏幕上显现所需要高度的波形。
 
3．选择触发（或同步）信号来源与极性
 
通常将触发（或同步）信号极性开关置于“+”或“-”档。
 
4．选择扫描速度
 
根据被测信号周期（或频率）的大约值，将X轴扫描速度t/div（或扫描范围）开关置于适当档级。实际使用中如不需读测时间值，则可适当调节扫速t/div微调（或扫描微调）旋钮，使屏幕上显示测试所需周期数的波形。如果需要观察的是信号的边沿部分，则扫速t/div开关应置于zui快扫速档。
 
5．输入被测信号
 
被测信号由探头衰减后（或由同轴缆不衰减直接输入，但此时的输入阻抗降低、输入容增大），通过Y轴输入端输入示波器。
 
使用中出现的现象及原因
 
一、没有光点或波形
 
源未接通。 
 
辉度旋钮未调节好。 
 
X，Y轴移位旋钮位置调偏。 
 
Y轴平衡位器调整不当，造成直流放大路严重失衡。 
 
二、水平方向展不开
 
触发源选择开关置于外档，且无外触发信号输入，则无锯齿波产生。 
 
平旋钮调节不当。 
 
稳定度位器没有调整在使扫描路处于待触发的临界状态。 
 
X轴选择误置于X外接位置，且外接插座上又无信号输入。 
 
两踪示波器如果只使用A通道（B通道无输入信号），而内触发开关置于拉YB位置，则无锯齿波产生。 
 
三、垂直方向无展示
 
输入耦合方式DC-接地-AC开关误置于接地位置。 
 
输入端的高、低位端与被测路的高、低位端接反。 
 
输入信号较小，而V/div误置于低灵敏度档。 
 
四、波形不稳定。
 
稳定度位器顺时针旋转过度，致使扫描路处于自激扫描状态（未处于待触发的临界状态）。 
 
触发耦合方式AC、AC（H）、DC开关未能按照不同触发信号频率正确选择相应档级。 
 
选择高频触发状态时，触发源选择开关误置于外档（应置于内档。） 
 
部分示波器扫描处于自动档（连续扫描）时，波形不稳定。 
 
五、垂直线条密集或呈现一矩形
 
t/div开关选择不当，致使f扫描＜＜f信号。
 
六、水平线条密集或呈一条倾斜水平线
 
t/div关选择不当，致使f扫描＞＞f信号。
 
七、垂直方向的压读数不准
 
未进行垂直方向的偏转灵敏度（v/div）校准。 
 
进行v/div校准时，v/div微调旋钮未置于校正位置（即顺时针方向未旋足）。 
 
进行测试时，v/div微调旋钮调离了校正位置（即调离了顺时针方向旋足的位置）。 
 
使用l0 ：1衰减探头，计算压时未乘以10倍。 
 
被测信号频率超过示波器的zui高使用频率，示波器读数比实际值偏小。 
 
测得的是峰-峰值，正弦有效值需换算求得。 
 
八、水平方向的读数不准
 
未进行水平方向的偏转灵敏度（t/div）校准。 
 
进行t/div校准时，t/div微调旋钮未置于校准位置（即顺时针方向未旋足）。 
 
进行测试时，t/div微调旋钮调离了校正位置（即调离了顺时针方向旋足的位置）。 
 
扫速扩展开关置于拉（×10）位置时，测试未按t/div开关指示值提高灵敏度10倍计算。 
 
九、交直流叠加信号的直流压值分辨不清
 
Y轴输入耦合选择DC-接地-AC开关误置于AC档（应置于DC档）。 
 
测试前未将DC-接地-AC开关置于接地档进行直流平参考点校正。 
 
Y轴平衡位器未调整好。 
 
十、测不出两个信号间的相位差（波形显示法）
 
双踪示波器误把内触发（拉YB）开关置于按（常态）位置应把该开关置于拉YB位置。 
 
双踪示波器没有正确选择显示方式开关的交替和断续档。 
 
单线示波器触发选择开关误置于内档。 
 
单线示波器触发选择开关虽置于外档，但两次外触发未采用同一信号。 
 
十一、调幅波形失常
 
t/div开关选择不当，扫描频率误按调幅波载波频率选择（应按音频调幅信号频率选择）。
 
十二、波形调不到要求的起始时间和部位
 
稳定度位器未调整在待触发的临界触发点上。 
 
触发极性（+、-）与触发平（+、-）配合不当。 
 
触发方式开关误置于自动档（应置于常态档）。 
 
6．触发（或同步）扫描
 
缓缓调节触发平（或同步）旋钮，屏幕上显现稳定的波形，根据观察需要，适当调节平旋钮，以显示相应起始位置的波形。
 
如果用双踪示波器观察波形，作单踪显示时，显示方式开关置于YA或YB。被测信号通过YA或YB输入端输入示波器。Y轴的触发源选择“内触发一拉YB”开关置于按（常态）位置。若示波器作两踪显示时，显示方式开关置于交替档（适用于观察频率不太低的信号），或断续档（适用于观察频率不太高的信号），此时Y轴的触发源选择“内触发-拉YB”开关置“拉YB”档。
 
（四）使用不当造成的异常现象
 
示波器在使用过程中，往往由于操作者对于示波原理不甚理解和对示波器面板控制装置的作用不熟悉，会出现由于调节不当而造成异常现象。现把示波器使用过程中，常见的由于使用不当而造成的异常现象及其原因罗列于表5-1中，供示波器使用者参考。